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矿井开采过程中容易发生瓦斯爆炸和煤层自燃等灾害事故,且两种灾害有着密切的相关性,近年来发生的多起煤矿重特大瓦斯爆炸事故都是由于煤自燃引发的。虽然目前针对煤自燃特性的研究较多,但研究成果多以不含瓦斯的煤自燃特性为主,对瓦斯气氛下煤自燃特性研究较少。本文以煤与气体的吸附作用为理论分析基础,通过对煤与含瓦斯混合气体的物理吸附特性、煤氧化热特性、煤氧化耗氧特性、氧化产物生成特性、动力学特性等参数指标进行系统研究,利用COMSOL模拟软件对瓦斯涌出强度、通风量、通风阻力等因素耦合作用下煤自燃特性进行数值模拟分析,结合东林煤矿的现场防治案例,对高瓦斯矿井的自燃综合治理技术进行研究,论文取得的成果和贡献如下。采用色谱吸氧测试仪、热重分析仪对5种不同挥发分煤的物理吸氧特性和含瓦斯混合气体的物理吸附特性进行了实验研究,结果表明:煤的物理吸氧量与挥发分之间呈现“抛物线型”对应关系,即随着挥发分的增加,煤对氧气的物理吸氧量呈现先减少再增加的趋势;瓦斯浓度升高,煤对混合气体的吸附量增大,物理吸附放出的热量就越大。对不同瓦斯浓度和不同挥发分下煤的热特性、耗氧特性进行了实验研究和动力学分析,结果表明:随着瓦斯浓度的增大,氧化热解速度和耗氧速率明显减慢,放热量明显减少,表观活化能显著增大,说明瓦斯浓度的增大明显抑制了煤的低温氧化进程;随着挥发分的增大,煤的氧化热解速度和耗氧速率明显加快,放热量明显增大,表观活化能显著降低,说明随着挥发分的增大促进了煤的氧化自燃速率和氧化程度。采用指标气体测试仪对煤的氧化产物进行了分析研究,结果表明:随着挥发分的增大,煤氧化生成的CO、CO2、C2H4等气体的量显著增大,且生成的初始温度降低;随着瓦斯浓度的增大,煤氧化产物的生成量和初始产生温度呈现变小和延迟,说明挥发分的增大对煤的低温氧化具有明显的促进作用,瓦斯浓度的增大对煤的低温氧化具有较好的抑制作用。依据多场耦合理论,建立了采空区含瓦斯涌出多场耦合作用下的煤自燃数学模型,并利用COMSOL数值模拟软件进行了模拟分析。结果表明,低风速条件下瓦斯涌出强度对氧化带宽的影响显著,高风速条件下风量对采空区氧化带宽度的影响显著,工作面通风阻力系数对采空区氧化带分布及瓦斯分布的影响与风量对其影响相一致。采用多元逐步回归的方法构建了采空区最大氧化带宽度、遗煤温度和瓦斯涌出量的综合计算方程。基于东林煤矿K3煤层3409一段工作面容易自燃的特点,设计并实施了束管预测预报技术、注浆(凝胶、阻化剂)防灭火、注氮防灭火等多种防灭火综合技术措施,并实施了局部充填堵漏风,优化了矿井和工作面的通风系统,减少了采空区漏风和局部瓦斯积聚,有效防止了采空区自燃和瓦斯灾害的发生。